板式建筑物楼梯对框架结构整体计算的影响分析

楼梯对钢筋混凝土框架-剪力墙结构受力性能的计算分析摘要：本文基于CSI公司的大型结构分析软件ETABS，通过设计计算模型来研究楼梯对钢筋混凝土框架-剪力墙结构地震反应的影响，模型中采用振型分解反应谱法进行了弹性阶段地震反应特性的对比分析。

分析结果显示：楼梯在顺梯板方向对结构刚度影响较大。

建议在钢筋混凝土框架-剪力墙设计中应使用振兴分解反应谱法对楼梯的影响予以考虑。

关键词：框架-剪力墙结构；ETABS；楼梯；抗震性能引言传统结构设计中，在进行结构整体抗震分析时，一般不考虑楼梯构件对整体结构及周边构件的影响，而是采取改板厚为零并加大荷载的方式来粗略估计，之后再进行楼梯间的单独设计并不对其进行地震作用分析。

在2008年5月12日发生的“5.12”汶川大地震中，大量震害图片显示，作为逃生必经通道的楼梯间破坏严重，因此造成的生命财产损失不可估量。

“5.12”汶川大地震后，在研究及计算的基础上，重新修订了《建筑抗震设计规范》GB50011-2010，提出建筑抗震设计中“在利用计算机进行结构抗震分析计算中应考虑楼梯构件影响”的要求。

目前，关于楼梯对钢筋混凝土框架结构整体性能影响有了部分研究，并得到一系列研究成果表明得到楼梯间对结构层刚度有明显影响的结果，应予以考虑。

而关于楼梯对钢筋混凝土框架-剪力墙结构整体性能影响的研究较少，因此本文就楼梯对钢筋混凝土框架-剪力墙结构抗震整体性能影响程度进行分析，利用ETABS软件，通过设计计算模型研究楼梯对钢筋混凝土框架-剪力墙结构地震反应的影响，为今后结构设计人员的世界工作提供参考和借鉴。

1 计算模型的建立及计算条件设定本次分析共设置2个模型，为尽量减少多余因素的干扰，突出楼梯本身对结构地震反应的影响，除楼梯间设置不同外，其余条件全部相同。

模型均为18层钢筋混凝土框架-剪力墙结构，其中底层层高4m，出屋面层层高2m，其余各层层高均为3m；开间6m，进深7.5m，走廊宽3m，如图1所示；底三层柱截面750mm×750mm，其余各层柱截面650mm×650mm。

考虑楼梯对整体计算影响一、楼梯计算模型YJK对于梯板和平台板按照细分的壳元计算，相当于弹性板6的单元，程序自动对各个楼梯跑和中间休息平台划分单元，单元尺寸为0.5米。

可在生成结构计算数据以后计算简图菜单的“轴测简图”下看到各个楼梯跑和中间休息平台划分单元的效果。

如果用户选择了自动设置平台梯柱，则在计算简图中可以看到程序生成的平台梁和支撑平台梁的梯柱。

程序可对任一根没有支撑连接的平台梁自动设置梯柱，梯柱可延伸到下层梁或其他构件上。

如图梯间休息平台所在一端没有布置柱，程序会在梯梁下自动设置一根梯柱。

二、对比是否考虑楼梯对计算结果影响实例一：框架结构，在建模中布置了楼梯，对计算参数“结构计算时考虑楼梯刚度“分别设置为不勾选和勾选，然后对比计算结果。

可以看出，计算中考虑楼梯后周期减小，基底剪力加大，但是幅度在5%，不大。

再对比楼梯间处受影响对大的柱的配筋，增加的配筋量也不多。

为了进一步对比，再把该整体模型转到Midas-Gen计算，下图是Midas的计算模型和周期计算结果，可以看出和YJK的计算结果完全相同。

实例二：某工业厂房框架结构，在建模中布置了楼梯，对计算参数“结构计算时考虑楼梯刚度“分别设置为不勾选和勾选，然后对比计算结果如下。

可以看出，和上例类似，计算中考虑楼梯后周期减小，基底剪力加大，楼梯间处受影响的柱的内力等加大，但是变化的幅度也不大。

转到Midas-Gen计算对比，周期完全相同。

实例三、三、考虑楼梯后计算结果的变化不会出现异常常听到用户反映使用某软件考虑楼梯的计算后总是出现异常的计算结果，如考虑楼梯后位移比就不能满足要求，相连的、甚至远不相连的柱梁构件配筋异常等。

YJK经过大量的计算实例对比，用YJK软件整体计算中考虑楼梯后，一般周期减小，基底剪力加大，与楼梯相连的构件配筋增多，但是变化的幅度有限。

把YJK带楼梯模型导入MidasGen计算可以得到相同的结果，因此以前软件变化幅度多大造成计算异常可能是它的计算模型或软件缺陷造成的。

建筑结构设计建模中考虑楼梯的一些观点（整理自网上）用一个三层框架结构教学楼的midas模型，分析了建立楼梯构件(楼梯板、楼梯柱、休息平台板等)的结构和不建楼梯构件的结构，用反应谱法计算了两者的结果。

发现其差异远远超出我原先的想象！下面是一些主要结论：1、考虑楼梯参与结构整体受力后，结构的自振周期减小，振型改变，第1阶振型转变为扭转振型，而原先不考虑楼梯时第1阶振型为平动振型。

2、由于楼梯板在水平力作用下具有“斜撑”的受力状态，在水平地震作用下，将产生较大轴向拉压力(达到200kN以上)；楼梯板由原先我们只考虑竖向力时的受弯构件，转变为“压弯、拉弯”构件，受力状态复杂化。

3、考虑楼梯间后，楼梯间处的水平抗侧刚度较大，结构整体的水平抗侧刚度分布将不均匀，主要集中在楼梯间处。

故在水平地震作用下，楼梯间的柱分配到的水平剪力较其它处明显偏大。

特别是休息平台下的楼梯梁和楼梯柱，其受力非常不利。

4、此外，从结构上说，由于楼梯间的上下楼梯板（上下直行双跑楼梯为例）沿中心线并不对称，从而造成原先对称的结构考虑了楼梯的作用后，在水平地震作用下的内力分布不对称！得到的初步结论主要是这些。

发现考虑楼梯对结构整体受力性能后，结构的自振特性、抗侧刚度分布、楼梯构件的受力状态发生惊人的变化。

汶川地震中，楼梯的震害照片似乎说明了这些问题。

我觉得造成这个问题的根本原因就是楼梯板的“斜撑”受力状态，加强了楼梯处的局部抗侧刚度，类似于在框架结构柱间打上了交叉支撑。

2008修订版《建筑抗震设计规范》，结构分析一节中3.6.6条增加了楼梯的计算要求：“计算中应考虑楼梯构件的影响”。

（注意：用“应”，而不用“宜”）条文说明中指出楼梯板构件有斜撑的受力状态，对结构的整体刚度有较明显的影响。

规范的变更，说明已经有学者注意到这个问题了。

三层框架结构教学楼，现浇楼板。

考虑楼梯和不考虑楼梯进行结构计算。

楼梯板用板单元，楼梯梁用梁单元建模考虑楼梯时的结构第1阶振型，以扭转为主。

楼梯对钢框架结构整体性影响与设计建议刘舒阳;顾绍义【摘要】现行规范对钢框架结构中楼梯对主体结构的影响尚未有明确规定.针对上海市一钢框架结构办公楼,利用SAP2000软件建立了有无楼梯以及不同楼梯形式的4种模型,对比各整体模型的地震周期、振型、各楼层位移、层剪力以及刚度.通过分析可知不同楼梯形式对于钢框架结构的整体性能影响不一,根据结果建议了实际工程中楼梯的设计方法,可供类似工程采用.【期刊名称】《江西科学》【年(卷),期】2018(036)005【总页数】5页(P844-848)【关键词】钢框架;结构分析;钢楼梯;设计建议【作者】刘舒阳;顾绍义【作者单位】同济大学土木工程学院,200092,上海;上海建筑设计研究院有限公司,200041,上海【正文语种】中文【中图分类】TU831.30 引言汶川地震中钢筋混凝土框架结构房屋的楼梯受损较为严重，在此之前，楼梯在框架结构中未有特殊考虑，通常采用传统的设计方法进行建模，即只考虑楼梯荷载的传导，不考虑楼梯参与整体结构，楼梯刚度对结构的影响。

此后新修订GB50011-2010《建筑结构抗震设计规范》(2016年版)[1]中3.6.6条“计算模型的建立、必要的简化计算及处理，应符合结构的实际工作状况；计算中应考虑楼梯构件的影响”。

同时条文说明中还指出：地震中楼梯的梯板具有斜撑的受力状态，应增加楼梯构件的计算要求；楼梯构件对具体结构的影响程度大小区别对待，楼梯构件自身应考虑抗震，但并不要求一律参与整体及结构计算。

目前，对于混凝土框架结构中的楼梯分析已有比较完善的方法，如参考文献[2]提到了简化计算模型对框架刚度及楼梯受力进行修正，参考文献[3]建议设计时采用与框架分离的楼梯方案等。

而钢框架结构仍然较为模糊，一般仍采用传统方法考虑。

钢楼梯自身刚度较小，对于钢框架整体的影响程度在具体结构中存在区别。

如参考文献[4-6]中，国内学者研究的钢楼梯构件对钢结构整体性影响。

楼梯对框架结构抗震性能影响分析摘要：本文通过具体实例，分析在纯框架结构中设置楼梯构件参与结构整体计算后，对整体结构的周期、位移、地震力产生的影响，并采取必要措施，做到简化模型更加符合实际情况，从而更好的满足使用要求。

关键词：框架结构,楼梯Abstract: This paper, through concrete examples, staircase components involved in the whole structure calculation, the overall structure of the cycle, displacement, seismic forces generated impact analysis set in a plain frame structure, and take the necessary measures, so that the simplified model is more realistic,in order to better meet the requirements.Keywords: frame structure, stairs.中图分类号：TU973+.31文献标识码：A 文章编号：长期以来，框架结构因具有建筑平面灵活，室内空间大等优点，被广泛应用于在核电厂的BOP项目设计中。

现以福清核电厂一期工程生产办公楼为例，讨论一下楼梯参与结构整体计算对整体结构抗震性能的影响。

1.工程概况及方案确定工程概况福清核电厂一期工程生产办公楼，主要功能是运行期间为电厂人员提供办公室，会议室等场所，建筑平面为半环抱型，地上部分五层，总建筑面积11872m2，檐口高度26.1m。

建筑物的设计使用年限为50年；建筑抗震设防烈度为7度（地震分组为第二组），丙类建筑，建筑安全等级为二级；结构重要性系数为1.0；场地土类别为I类；基础设计等级为丙级；根据《福清核电厂一期工程厂区BOP子项岩土工程详勘报告》，地基基础位于中风化花岗岩层。

楼梯间对框架结构抗震性能的影响分析现浇混凝土楼梯作为建筑中的竖向交通体系，发挥着重要的建筑使用功能。

由于楼梯斜向的独特造型，导致其对结构主体产生“斜撑”作用，特别是框架结构，斜撑作用不可忽视。

《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第3.6.6条第1款：计算模型的建立、必要的简化计算与处理，应符合结构的实际工作状况，计算中应考虑楼梯构件的影响。

条文说明中进一步指出：针对具体结构的不同，“考虑”的结果，楼梯构件的可能影响很大或不大，然后区别对待。

楼梯构件自身应计算抗震，但并不要求一律参加整体结构的计算。

针对此问题，本文选取典型框架结构，分别建立有楼梯（楼梯与整体模型同步建模）与无楼梯（楼梯在整体模型中不建入，仅考虑荷载）两种计算模型进行对比分析，得出楼梯间对框架结构的层间位移角及楼层剪力的影响，在后续设计中加以重视。

一、建立结构抗震分析模型该分析以6层框架宿舍楼为分析模型，开间方向（X向）柱距为7.2m,一共7跨，总长度为50.4m；进深（Y向）共三跨，中间为走廊，宽2.4m，两侧房间进深6m，层高为3.6m，楼梯间设置在结构两侧。

抗震设防烈度为8度（0.2g），设计地震分组为第二组，场地类别取Ⅱ类，场地特征周期0.40s。

主体结构采用钢筋混凝土框架体系，柱的截面尺寸为500mm×500mm，主梁截面尺寸为250mm×600mm，次梁截面尺寸为250mm×500mm，楼梯柱截面尺寸250mm×400mm，楼板及屋面板采用壳单元，运用SAP2000进行建立混凝土框架结构模型分析，分别考虑有楼梯（楼梯与整体模型同步建模）与无楼梯（楼梯在整体模型中不建入，仅考虑荷载）。

二、反应谱计算及分析1、楼梯间对结构的动力特性的影响分别建立两个模型，进行动力分析，取模型的前三阶振型信息对比如下：（1）周期分别取模型的前三阶振型分析，前两阶振型分别表示为X、Y向的平动，第三阶振型表现为绕Z轴的转动。

赢建科中框架结构考虑现浇楼梯参与整体计算的影响摘要：2008年汶川地震的发生后，行业设计规范增加了条文，要求楼梯参与结构模型计算，相应的结构设计软件也增加了计算楼梯的模块。

通过使用赢建科结构设计软件不同的建模方式，对楼梯参与整体结构设计进行分析，提出在使用该软件中需要注意的一些要点。

1前言房屋的主要疏散工具之一——楼梯，在抗震防灾中起重要的作用。

2008年5月12日的汶川地震过后，专家对震害数据进行了分析。

在地震发生时，框架结构中的楼梯在房屋主体结构破坏前已经破坏，没有发挥逃生的功能。

本文采用的结构抗震计算分析软件为赢建科。

通过不同形式将楼梯建入模型，计算分析其对整体指标的影响，为现行钢筋混凝土框架结构现浇楼梯设计提出建模上的几点意见，供设计人员参考。

2模型的建立本文模型为框架结构，建筑物平立面规则，抗侧力构件平面布置对称，楼板平面连续的形体。

模型为5层办公楼，结构形式为框架结构，层高均为3.3m。

平面布置图如下图一，框架柱中柱均为400X400，边框柱、角框柱均为500X500，框架梁按跨度选用250X500和250X400。

标准层恒载：2KN/㎡，标准层活载：2KN/㎡；屋面恒载：4KN/㎡,屋面活载：0.5 KN/㎡。

模型所在地区基本参数：设防烈度为7度（0.10g），二类场地，标准设防类别。

周期折减系数不折减。

模型一：早前，传统做法是将楼梯间的楼板板厚输入为0，板面恒荷载输入8KN/㎡。

将楼梯荷载折算成板面荷载考虑到模型里，然后通过板面荷载传到周边梁，然后再传到框架柱。

模型二：另外一种设计师常用的建模方式，就是将楼梯以构件形式分别建入模型，一般应用于布置比较复杂的楼梯，计算软件中没有提供的楼梯形式。

将楼梯的梯段板、梯柱、平台梁、这几个构件以结构构件的形式建入模型。

将框架梁模拟成梯段板、平台梁，将梯柱以斜撑的方式建入模型。

楼梯间板厚输入0，楼梯间恒载、活载都输入0，梯段板的恒载、活载的输入是以梁上荷载考虑到模型中，输入梁上恒载为3.5KN/m(1.75m的梯段宽)。